电力系统稳态分析第五章课件1.ppt

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1、电力系统稳态分析Analysis of Steady State Power Systems Base主讲教师：刘景霞主讲教师：刘景霞办公室：二教办公室：二教B105 第五章第五章电力系统的有功功率和频率调整电力系统的有功功率和频率调整v前两章涉及电力系统正常、稳态运行状况的分前两章涉及电力系统正常、稳态运行状况的分析和计算、本章和第六章是前两章的继续和发析和计算、本章和第六章是前两章的继续和发展。因这两章将阐述正常、稳态运行状况的优展。因这两章将阐述正常、稳态运行状况的优化和调整，亦即保证正常、稳态运行时的电能化和调整，亦即保证正常、稳态运行时的电能质量和经济性问题。质量和经济性问题。v衡量

2、电能质量的指标有频率质量、电压质量和衡量电能质量的指标有频率质量、电压质量和波形质量，分别以频率偏移、电压偏移相波形波形质量，分别以频率偏移、电压偏移相波形畸变率表示。衡量运行经济性的主要指标是比畸变率表示。衡量运行经济性的主要指标是比耗量和线损率。比耗量指为生产单位电能所需耗量和线损率。比耗量指为生产单位电能所需v消耗的一次能源。就火电厂而言，就指以消耗的一次能源。就火电厂而言，就指以g(kwh)表示的煤耗率。线损率或网损率则如第一表示的煤耗率。线损率或网损率则如第一章所述。这些技术经济指标中，除波形指标外，章所述。这些技术经济指标中，除波形指标外，均直接与系统中有功、无功功率的分配以及频均

3、直接与系统中有功、无功功率的分配以及频率、电压的调整有关。而这两方面正分别是这率、电压的调整有关。而这两方面正分别是这两章中将讨论的主要内容。至于波形质量，内两章中将讨论的主要内容。至于波形质量，内容涉及电力系统的谐波及其抑制，不属本书范容涉及电力系统的谐波及其抑制，不属本书范畴。畴。v本章主要内容：本章主要内容：l有功功率的最优分布有功功率的最优分布有功功率负荷预计（负荷预测）有功功率负荷预计（负荷预测）有功功率电源的最优组合（机组组合）有功功率电源的最优组合（机组组合）有功功率负荷在巳运行机组间的最优分配（经济有功功率负荷在巳运行机组间的最优分配（经济功率分配）功率分配）l频率调整频率调整

4、v第一节第一节电力系统中的有功功率的平衡电力系统中的有功功率的平衡1有功功率负荷的变动和调整控制有功功率负荷的变动和调整控制负荷曲线负荷曲线实际的负荷曲线由三种负荷所构成。实际的负荷曲线由三种负荷所构成。第一种负荷变动幅度很小、周期很短（第一种负荷变动幅度很小、周期很短（10秒以下），秒以下），随机性很强，无法预测。随机性很强，无法预测。第二种负荷变动幅度较大、周期也较长（第二种负荷变动幅度较大、周期也较长（10秒至秒至3分）。分）。第三种负荷变动幅度最大、周期也最长（第三种负荷变动幅度最大、周期也最长（3分以上）分以上），它反映了负荷的变动趋势。这种负荷能够预测。，它反映了负荷的变动趋势。这

5、种负荷能够预测。负荷调整控制负荷调整控制针对三种负荷，针对三种负荷，有功功率和频有功功率和频率调整大体上率调整大体上也可分成一次、也可分成一次、二次、三次调二次、三次调整。整。一次调整也称为一一次调整也称为一次调频，针对第一次调频，针对第一种负荷变动引起的种负荷变动引起的频率变化，由发电频率变化，由发电机组的调速器自动机组的调速器自动动作承担。一次调动作承担。一次调整希望快速和平稳。整希望快速和平稳。二次调整也称为二次调频，针对第二种负荷变动引二次调整也称为二次调频，针对第二种负荷变动引起的频率变化，由发电机组的调频器手动或自动动起的频率变化，由发电机组的调频器手动或自动动作承担。二次调频不仅

6、考虑机组的调节特性，还要作承担。二次调频不仅考虑机组的调节特性，还要考虑到系统安全和经济特性。现在二次调频一般由考虑到系统安全和经济特性。现在二次调频一般由AGC（AutomaticGenerationControl）机组承担。）机组承担。三次调整针对第三种负荷变动引起的频率变化，也三次调整针对第三种负荷变动引起的频率变化，也就是日常所说的发电计划，三次调整主要考虑安全就是日常所说的发电计划，三次调整主要考虑安全和经济。和经济。发电控制（一、二次调频）发电计划（三次调频）GGGG实际负荷预计负荷控制机组调度机组发电=负荷1有功功率负荷曲线的预计（负荷预测）有功功率负荷曲线的预计（负荷预测）根据

7、负荷，天气，事件等的历史数据，以及天气，事件根据负荷，天气，事件等的历史数据，以及天气，事件等的预报值，预测负荷的形态，曲线，最大值，最小值，等的预报值，预测负荷的形态，曲线，最大值，最小值，平均值等等。平均值等等。负荷预测分类：负荷预测分为系统负荷预测和母线负荷负荷预测分类：负荷预测分为系统负荷预测和母线负荷预测，系统负荷预测按周期又有超短期、短期、中期和预测，系统负荷预测按周期又有超短期、短期、中期和长期之分。长期之分。负荷经常随机波动。负荷经常随机波动。负荷又有一定的周期性，如本周一的负荷与上周一的相负荷又有一定的周期性，如本周一的负荷与上周一的相似，今天与昨天相似。似，今天与昨天相似。

8、1.有功功率负荷的变动和调整控制有功功率负荷的变动和调整控制超短期负荷预测用于质量控制需超短期负荷预测用于质量控制需5-10秒的负荷值，秒的负荷值，用于安全监视需用于安全监视需1-5分钟的负荷值，用于预防控制和紧分钟的负荷值，用于预防控制和紧急状态处理需急状态处理需10-60分钟的负荷值，使用对象是调度员。分钟的负荷值，使用对象是调度员。短期负荷预测主要用于火电分配、水火电协调、机组经短期负荷预测主要用于火电分配、水火电协调、机组经济组合和交换功率计划，需要济组合和交换功率计划，需要1日日-1周的负荷值，使用周的负荷值，使用对象是编制调度计划的工程师。对象是编制调度计划的工程师。中期负荷预测主

9、要用于水库调度、机组检修、交换计划中期负荷预测主要用于水库调度、机组检修、交换计划和燃料计划，需要和燃料计划，需要1月月-1年的负荷值，使用对象是编制年的负荷值，使用对象是编制中长期运行计划的工程师。中长期运行计划的工程师。长期负荷预测用于电源和网络发展，需数年至数十年的长期负荷预测用于电源和网络发展，需数年至数十年的负荷值，使用对象是规划工程师。负荷值，使用对象是规划工程师。负荷预测的精度负荷预测的精度首先决定于对具体电力系统负荷变化规律的掌握，首先决定于对具体电力系统负荷变化规律的掌握，其次才是模型与算法的选择。影响负荷变化的因素主要其次才是模型与算法的选择。影响负荷变化的因素主要有：有：

10、国民经济发展国民经济发展人民生活用电人民生活用电季节季节天气天气节假日节假日特殊事件特殊事件负荷预测流程负荷预测流程PtPt.（历史负荷）（历史负荷）Pt降雨、气温.负荷预测算法（预测负荷）（预测负荷）按投入时间分：按投入时间分：热备用：运转中的发电设备可能发的最大功率与发热备用：运转中的发电设备可能发的最大功率与发电负荷之差电负荷之差(旋转备用旋转备用)；冷备用：未运转的、但能随时启动的发电设备可以冷备用：未运转的、但能随时启动的发电设备可以发的最大功率发的最大功率(不含检修中的设备不含检修中的设备)；冷热备用须有合理比例。冷热备用须有合理比例。按用途分：按用途分：负荷备用：适应负荷短时波动

11、、一日内计划外的负负荷备用：适应负荷短时波动、一日内计划外的负荷增加，一般为最大负荷的荷增加，一般为最大负荷的05%。事故备用：适应发电设备发生偶然事故时备用，一事故备用：适应发电设备发生偶然事故时备用，一为般最大负荷的为般最大负荷的510%，分冷、热备用。，分冷、热备用。检修备用：满足检修需要而设的检修备用：满足检修需要而设的(有时不设有时不设)备用。备用。国民经济备用：计及负荷超计划增长而设，一般为最大国民经济备用：计及负荷超计划增长而设，一般为最大负荷的负荷的35%v第二节第二节电力系统中的有功功率的最优分配（发电力系统中的有功功率的最优分配（发电计划，解决三次调整）电计划，解决三次调整

12、）v内容内容机组优化组合机组优化组合(省略省略)确定系统中需要运行多少机组，运行哪些机组，以确定系统中需要运行多少机组，运行哪些机组，以及什么时候运行。及什么时候运行。经济功率分配（重点介绍）经济功率分配（重点介绍）在已知机组组合的基础上，确定各机组的功率输出，在已知机组组合的基础上，确定各机组的功率输出，在满足机组、系统安全约束的同时，使系统的运行在满足机组、系统安全约束的同时，使系统的运行最优化。最优化。1各类发电厂的运行特点和合理组合各类发电厂的运行特点和合理组合1.各类发电厂的运行特点各类发电厂的运行特点火电厂特点：火电厂特点：需燃料及运输费用，但不受自然条件影响需燃料及运输费用，但不

13、受自然条件影响效率与蒸汽参数有关效率与蒸汽参数有关受锅炉、汽轮机最小技术负荷限制，有功出力调整受锅炉、汽轮机最小技术负荷限制，有功出力调整范围较窄，增减速度慢，参数越高范围越窄范围较窄，增减速度慢，参数越高范围越窄(高温高温高压高压30%，中温中压，中温中压75%)机组投入退出，承担急剧负荷响应时间长，多耗能机组投入退出，承担急剧负荷响应时间长，多耗能量，易损坏设备量，易损坏设备热电厂抽汽供热，效率高，但技术最小负荷取决于热电厂抽汽供热，效率高，但技术最小负荷取决于热负荷，为强迫功率热负荷，为强迫功率电厂类型电厂类型超临界压力电厂超临界压力电厂250240570535100万千瓦以上大电厂万千

14、瓦以上大电厂(5060)汽压汽压(大汽压大汽压)汽温汽温()电厂电厂(机组机组)容量范围容量范围(万千瓦万千瓦)锅炉锅炉汽机汽机锅炉锅炉汽机汽机低温低压电厂低温低压电厂14133503401万千瓦以下小电厂万千瓦以下小电厂(0.150.3)中温中压电厂中温中压电厂4035450435120万千瓦中小电厂万千瓦中小电厂(0.65)高温高压电厂高温高压电厂100905405351060万千瓦大、中电厂万千瓦大、中电厂(2.510)超高压力电厂超高压力电厂14013554053525万千瓦以上大电厂万千瓦以上大电厂(12.520)亚临界压力电厂亚临界压力电厂17016557056560万千瓦以上大电

15、厂万千瓦以上大电厂(30)临界压力：临界压力：225大气压，临界温度大气压，临界温度374效率：效率：中温中压中温中压24.5%高温高压高温高压30.5%超高压力超高压力37.0%超临界压力超临界压力40.0%热电厂热电厂50%水电厂特点：水电厂特点：不要燃料费，水力可梯级开发，连续使用，但受自不要燃料费，水力可梯级开发，连续使用，但受自然条件影响。然条件影响。出力调节范围大，出力调节范围大，50%以上以上,增减负荷速度快，操增减负荷速度快，操作容易，可承担急剧变化的负荷作容易，可承担急剧变化的负荷决定发电量的除水量外还有水位差决定发电量的除水量外还有水位差保证出力保证出力抽水蓄能机组抽水蓄能

16、机组水利枢纽兼顾发电、航运、防洪、灌溉、渔业、旅水利枢纽兼顾发电、航运、防洪、灌溉、渔业、旅游，不一定与电力负荷适应，所以必须与火电配合游，不一定与电力负荷适应，所以必须与火电配合维持航运、灌溉、需一定水量，对应强迫功率维持航运、灌溉、需一定水量，对应强迫功率水头过低，不一定能够额定出力水头过低，不一定能够额定出力各类水电厂的调节能力不一样。各类水电厂的调节能力不一样。核电厂特点：核电厂特点：可调容量大，退、投、增、减负荷消耗能量、时间，可调容量大，退、投、增、减负荷消耗能量、时间，易损坏设备易损坏设备一次投资大，运行费低，尽量利用承担基本负荷一次投资大，运行费低，尽量利用承担基本负荷分配原则

17、分配原则充分利用水力资源，避免弃水充分利用水力资源，避免弃水降低火电煤耗，发挥高产机组作用降低火电煤耗，发挥高产机组作用减少火电成本，多烧劣质煤、本地煤、少烧油减少火电成本，多烧劣质煤、本地煤、少烧油考虑发电成本考虑发电成本(燃料价格、管理水平、机组效率等燃料价格、管理水平、机组效率等)，充分利用资源，充分利用资源各类发电厂的合理组合各类发电厂的合理组合一般，火电厂以承担基本不变的负荷为宜。这样可一般，火电厂以承担基本不变的负荷为宜。这样可避免频繁开停设备或增减负荷。其中，高温高压电避免频繁开停设备或增减负荷。其中，高温高压电厂因效率最高，应优先投入，而且，由于它们可灵厂因效率最高，应优先投入

18、，而且，由于它们可灵活调节的范围较窄，在负荷曲线的更基底部分运行活调节的范围较窄，在负荷曲线的更基底部分运行更恰当。其次是中温中压电厂。低温低压电厂设备更恰当。其次是中温中压电厂。低温低压电厂设备陈日，效率很低，应及早淘汰。而在淘汰之前只能陈日，效率很低，应及早淘汰。而在淘汰之前只能在高峰负荷期间用以发必要的功率。在高峰负荷期间用以发必要的功率。原子能电厂的可调容量虽大，但因原子能电厂的一原子能电厂的可调容量虽大，但因原子能电厂的一次投资大，运行费用小，建成后应尽可能利用，原次投资大，运行费用小，建成后应尽可能利用，原则上应持续承担额定容量负荷，在负荷曲线的更基则上应持续承担额定容量负荷，在负

19、荷曲线的更基底部分运行。底部分运行。无调节水库水电厂的全部功率和有调节水库水电厂无调节水库水电厂的全部功率和有调节水库水电厂的强迫功率都不可调，应首先投入。有调节水电厂的强迫功率都不可调，应首先投入。有调节水电厂的可调功率，在洪水季节，为防止弃水，往往也优的可调功率，在洪水季节，为防止弃水，往往也优先投入，在枯水季节则恰相反，应承担高峰负荷。先投入，在枯水季节则恰相反，应承担高峰负荷。在耗尽日耗水量的前提下，枯水季节将水电厂的可在耗尽日耗水量的前提下，枯水季节将水电厂的可调功率移在后面投入，不仅可使火电厂的负荷更平调功率移在后面投入，不仅可使火电厂的负荷更平稳，从而减少因开停设备或增减负荷而额

20、外消耗的稳，从而减少因开停设备或增减负荷而额外消耗的燃料，而且可使系统中的功率分配更合理，从而节燃料，而且可使系统中的功率分配更合理，从而节约总的燃料消耗。更何况水电厂还有快速起动、快约总的燃料消耗。更何况水电厂还有快速起动、快速增减负荷的突出优点。速增减负荷的突出优点。抽水蓄能电厂在低谷负荷时，其水轮发电机组作电抽水蓄能电厂在低谷负荷时，其水轮发电机组作电动机动机水泵方式运行，因而应作负荷考虑，在高峰水泵方式运行，因而应作负荷考虑，在高峰负荷时发电，与常规水电厂无异。虽然这一抽水蓄负荷时发电，与常规水电厂无异。虽然这一抽水蓄能、放水发电循环的总效率只有能、放水发电循环的总效率只有70左右，但

21、因这左右，但因这类电厂的介入，使火电厂的负荷进一步平稳，就系类电厂的介入，使火电厂的负荷进一步平稳，就系统总体而言，是很合理的。这类电厂常伴随原子能统总体而言，是很合理的。这类电厂常伴随原子能电厂出现，其作用是确保原子能电厂有平稳的负荷。电厂出现，其作用是确保原子能电厂有平稳的负荷。但系统中严重缺乏调节手段时，也应考虑建设这类但系统中严重缺乏调节手段时，也应考虑建设这类电厂。电厂。综上所述，可将各类发电厂承担负荷的顺序大致排综上所述，可将各类发电厂承担负荷的顺序大致排列如下：列如下：l枯水季节：枯水季节：无调节水电厂无调节水电厂有调节水电厂的强迫功率有调节水电厂的强迫功率热电厂的强迫功率热电厂

22、的强迫功率原子能电厂原子能电厂燃烧劣质、当地燃料的火电厂燃烧劣质、当地燃料的火电厂热电厂的可调功率热电厂的可调功率高温高压火电厂高温高压火电厂中温中压火电厂中温中压火电厂低温低压火电厂低温低压火电厂(不一定投入不一定投入)有调节水电厂的可调功率有调节水电厂的可调功率抽水蓄能水电厂抽水蓄能水电厂中温中压火电厂中温中压火电厂低温低压火电厂低温低压火电厂(不一定投入不一定投入)有调节水电厂的可调功率有调节水电厂的可调功率抽水蓄能水电厂抽水蓄能水电厂l洪水季节：和枯水季节的不同在于这时有调节水电厂的洪水季节：和枯水季节的不同在于这时有调节水电厂的可调功率往往也归入强迫功率成为不可调功率。可调功率往往也

23、归入强迫功率成为不可调功率。l如上的发电厂组合顺序也可以图如上的发电厂组合顺序也可以图5-4所示的负荷曲线图所示的负荷曲线图表示，图中阴影部分表示抽水蓄能电厂蓄能和发电工作表示，图中阴影部分表示抽水蓄能电厂蓄能和发电工作状况。由图可见，承担基本负荷的无调节水电厂、热电状况。由图可见，承担基本负荷的无调节水电厂、热电厂、燃烧劣质当地燃料的火电厂和原于能电厂一昼夜间厂、燃烧劣质当地燃料的火电厂和原于能电厂一昼夜间发出的功率基本不变。随着电厂承担的负荷在负荷曲线发出的功率基本不变。随着电厂承担的负荷在负荷曲线固上部位的逐级上升，发出的功率变化也愈来愈大；担固上部位的逐级上升，发出的功率变化也愈来愈大

24、；担负高峰负荷的电厂一昼夜间发出的功率可能有很大变化。负高峰负荷的电厂一昼夜间发出的功率可能有很大变化。枯水季节，有调节水电厂甚至可能几经开停。枯水季节，有调节水电厂甚至可能几经开停。图图5-5中做出了具有图中做出了具有图243所所示负荷曲线的电力系统中示负荷曲线的电力系统中8个主要发电厂的日负荷曲线。个主要发电厂的日负荷曲线。由图可见，由于这个系统中由图可见，由于这个系统中具有一定容量的水电厂，大具有一定容量的水电厂，大大减少了其它火电厂的负荷大减少了其它火电厂的负荷变动，无论在技术上或经济变动，无论在技术上或经济上都十分有利。上都十分有利。每台机组有运行，停运两种状态，若有每台机组有运行，

25、停运两种状态，若有70台机组，对于每时刻，台机组，对于每时刻，共有共有2的的70次方种组合，如果一天分为次方种组合，如果一天分为96个时段（个时段（15分钟为间分钟为间隔），则一天共有隔），则一天共有96*270种组合。这是一个规模庞大的组合优种组合。这是一个规模庞大的组合优化问题，求解很困难。化问题，求解很困难。燃料燃料-锅炉锅炉-汽轮机汽轮机-发电机发电机-电能电能(给水给水,给风给风)(循环水循环水)测试效率测试效率:反平衡反平衡-准确非实时（分析法）。准确非实时（分析法）。正平衡正平衡-不准确实时（统计法）。不准确实时（统计法）。1二、机组和发电厂的能量特性曲线二、机组和发电厂的能量特

26、性曲线锅炉经济特性：锅炉经济特性：:锅炉耗热量锅炉耗热量=输入热量输入热量(输出热量输出热量):锅炉单位耗热量锅炉单位耗热量=输入热量输入热量/输出热量输出热量:锅炉耗热微增率锅炉耗热微增率=锅炉耗热量曲线的导数锅炉耗热量曲线的导数:锅炉损失锅炉损失=输入热量输入热量-输出热量输出热量=(Qb-Qt)*100:热锅炉热效率热锅炉热效率=输出热量输出热量/输入输入热量热量=qt=100-(q2+q3+q4+q5+q6)q2:排烟热损失；排烟热损失；q3:化学不完全燃烧热损失；化学不完全燃烧热损失；q4:机械不完全燃烧热损失机械不完全燃烧热损失q5:散热损失散热损失;q6:灰渣物理热损失灰渣物理热

27、损失.=qt=(Qt/)*100Qt:有效输出热量；有效输出热量；Qb:输入热量。输入热量。|0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 t0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 t进煤发电QbP汽轮发电机组经济特性：汽轮发电机组经济特性：Qt(P):汽轮发电机组耗热量曲线；汽轮发电机组耗热量曲线；qt=Qt/P:汽轮发电机组耗热率曲线；汽轮发电机组耗热率曲线；:汽轮发电机组耗热微增率曲线汽轮发电机组耗热微增率曲线.QtPdQt/dPPQt/PP火电机组经济特性：火电机组经济特性：Qb(P):发电机组耗热量曲线；发电机组耗热量曲线；Qb/P(P):发电机组耗热率曲线；发电机组耗热率曲线；Qb/dp(p):发电机组耗热微增率曲线发电机组耗热微增率曲线.QbPdQb/dPPQb/PPP全厂发电经济特性：全厂发电经济特性：Qbs=Qb:发电厂总耗热量；发电厂总耗热量；Ps=Pi:发电厂总输出功率；发电厂总输出功率；QbsPs:发电厂总耗热量曲线；发电厂总耗热量曲线；Qbs/Ps:发电厂总耗热率曲线；发电厂总耗热率曲线；dQbs/dps:发电厂总耗热微增率曲线发电厂总耗热微增率曲线.QbsPsdQbs/dPsQbs/Ps